JP2016157905A - 光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】薄い蛍光体単結晶を使用しても曲げ強度の向上を図ることができ、加工時の割れや欠け等を防止することができ、コストの低減にも寄与することができる光学部品を提供する。
【解決手段】光学部品１０は、蛍光体単結晶１２と、複数の面を有する透光性支持体１４とを有し、透光性支持体１４の少なくとも１つの面に蛍光体単結晶１２が接合されて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）単結晶等の蛍光体単結晶を用いる光学部品に関し、例えばＬＥＤ応用分野である車載ヘッドランプ、一般照明、農水産業への応用、立体テレビ、大型プロジェクタ、ディスプレイ等の他、レーザ光源等に用いる好適な光学部品に関する。

ＹＡＧ：Ｃｅ（セリウム）やＹＡＧ：Ｎｄ（ネオジム）等のように、希土類の賦活成分を添加したＹＡＧは、蛍光体や固体レーザ光源に使用されている。粉末や焼結体よりも、単結晶の方が蛍光体としての変換効率やレーザ光源の発振効率が高く特性を高めることができる（非特許文献１参照）。

島村清史、Ｅ．Ｇ．Ｖｉｌｌｏｒａ 公益社団法人日本セラミックス協会 第２７回秋季シンポジウム講演予稿集１Ｂ０８「光アイソレータ用磁気光学単結晶と高輝度白色ＬＥＤ用蛍光体単結晶の作製と評価」

しかしながら、蛍光体単結晶は溶融化に高温を要することや、単結晶の引き上げに長時間を要する等、製造コストが高い。また、ＣｅやＮｄの添加量を減らすと、白色化を得るために厚肉化が必要になる。この場合、機械的強度は強くなるがインゴットからの取り数が減るため、コスト高を招くという問題がある。反対に添加量を多くすると、取り数を増やすことができるが、インゴットから薄く切出す必要が生じる。単結晶には結晶方位に依存した劈開性があるため、薄く切り出した単結晶基板は、その後の取り扱い中に割れ易くなるという問題がある。例えば個片切り出し、研磨等での加工定盤から剥がす際に割れが生じやすい。これらの問題が、歩留の低下をもたらし、光源・デバイスへの実装性の阻害要因ともなっていた。

また、蛍光体単結晶は、透明で光が散乱しないため、青色レーザ光が照射される箇所はストークスロス（青色から黄色に長波長化することによるエネルギーロス）により発熱するが、照射域外は発熱しない。そのため、青色レーザ光の照射領域と照射域外との温度差によって応力が発生し、蛍光体単結晶に歪みや割れが生じるという問題もある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、薄い蛍光体単結晶を使用しても曲げ強度の向上を図ることができ、加工時の割れや欠け等を防止することができ、コストの低減にも寄与することができる光学部品を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係る光学部品は、蛍光体単結晶と、複数の面を有する透光性支持体とを有し、前記透光性支持体の少なくとも１つの面に前記蛍光体単結晶が接合されて構成されていることを特徴とする。

［２］ 本発明において、前記蛍光体単結晶はＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）単結晶であり、前記蛍光体単結晶の厚みが０．２ｍｍ以下であってもよい。

［３］ 本発明において、曲げ強度が５０ＭＰａ以上であることが好ましい。さらに好ましくは１００ＭＰａである。

［４］ 本発明において、前方透過率が４０〜８０％であることが好ましい。さらに好ましくは４０〜７０％であり、特に好ましくは４０〜６０％である。

［５］ 本発明において、前記透光性支持体の前記複数の面のうち、前記蛍光体単結晶との接合面を除く、少なくとも１つの面に光学ミラー膜が形成されていてもよい。

［６］ この場合、前記透光性支持体の前記接合面と対向する面が光の入射面であり、前記入射面のうち、前記光の入射領域を除く部分に前記光学ミラー膜が形成されていてもよい。

［７］ あるいは、前記透光性支持体の前記接合面と対向する面が光の出射面であってもよい。

［８］ ［５］〜［７］において、前記透光性支持体は、前記接合面のほかに、複数の側面を有し、前記光学ミラー膜は、少なくとも１つの側面に形成されていてもよい。

［９］ 本発明において、前記透光性支持体に前記蛍光体単結晶とが直接接合されていてもよい。

［１０］ 本発明において、前記透光性支持体に前記蛍光体単結晶とが中間層を介して接合されていてもよい。

［１１］ この場合、前記中間層がガラス層であることが好ましい。

［１２］ 本発明において、前記透光性支持体は、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とする多結晶からなり、前記多結晶を構成する結晶粒子径が２〜４０μｍであることが好ましい。

本発明に係る光学部品によれば、薄い蛍光体単結晶を使用しても曲げ強度の向上を図ることができ、加工時の割れや欠け等を防止することができ、コストの低減にも寄与することができる。

図１Ａは本実施の形態に係る光学部品（直接接合の例）を示す断面図であり、図１Ｂは光学部品（ガラス接合の例）を示す断面図である。 図２Ａは図１Ａの他の例を示す断面図であり、図２Ｂは図１Ｂの他の例を示す断面図である。 図３Ａは凹凸を有する透光性支持体を用いた光学部品を示す断面図であり、図３Ｂは図３Ａの光学部品を透光性支持体の裏面から見て示す図である。 図４Ａは格子状の透光性支持体を用いた光学部品を示す断面図であり、図４Ｂは図４Ａの光学部品を透光性支持体の裏面から見て示す図である。 光学部品の第１の製造方法を示す工程図である。 光学部品の第２の製造方法を示す工程図である。 図７Ａは第１変形例に係る光学部品を示す断面図であり、図７Ｂは第２変形例に係る光学部品を示す断面図である。 図８Ａは第３変形例に係る光学部品を示す断面図であり、図８Ｂは第４変形例に係る光学部品を示す断面図である。 第５変形例に係る光学部品を示す断面図である。

以下、本発明に係る光学部品の実施の形態例を図１Ａ〜図９を参照しながら説明する。なお、本明細書において、数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

本実施の形態に係る光学部品１０は、図１Ａに示すように、蛍光体単結晶１２と、複数の面を有する透光性支持体１４とを有し、透光性支持体１４の少なくとも１つの面に蛍光体単結晶１２が接合されて構成されている。透光性支持体１４の上述した少なくとも１つの面、すなわち、蛍光体単結晶１２との接合面１４ａと対向する面（裏面１４ｂ）が励起光１６の入射面となっている。図１Ａでは、蛍光体単結晶１２と透光性支持体１４はそれぞれ板状（代表的に直方体を示す）を有する。従って、透光性支持体１４の複数の面のうち、蛍光体単結晶１２との接合面１４ａを表面とした場合、入射面は裏面１４ｂとなる。

蛍光体単結晶１２としては、例えばＹＡＧ単結晶を用いることができる。この場合、ＹＡＧ：Ｃｅ（セリウム）やＹＡＧ：Ｎｄ（ネオジム）等のように、希土類の賦活成分を添加したＹＡＧを用いてもよい。蛍光体単結晶１２の厚みは０．２ｍｍ以下が好ましい。すなわち、光学部品１０は、蛍光体単結晶１２に透光性支持体１４が裏打ちされた構成となっているため、光学部品１０の曲げ強度を５０ＭＰａ以上、好ましくは１００ＭＰａ以上にすることが可能となる。そのため、厚みが０．２ｍｍ以下の薄い蛍光体単結晶１２を用いることができ、コストの面でも有利となる。

蛍光体単結晶１２の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）の好ましい範囲は、例えば、研削加工仕上であれば０．０５〜０．２μｍ、研磨加工仕上であれば０．００５〜０．０３μｍである。

一方、透光性支持体１４としては、例えばセラミック基板（透光性セラミック基板）を用いることが好ましい。セラミック基板は、透光性セラミック材料で製造された基板である。透光性支持体１４の厚みは、例えば０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。透光性支持体１４の気孔率は、内部にごく少量、例えば体積で１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの気孔を含有することが好ましい。気孔は、光の透光性に対して悪影響があるが、少量の気孔は、透光性支持体１４内での光の拡散性を向上させる。

透光性セラミック材料の種類は、特に限定されず、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、スピネル、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＹＡＧ、Ｓｉ₃Ｎ₄、石英、サファイア、ＡｌＯＮ、硬質ガラス（例えばパイレックス（登録商標））等が挙げられるが、このうち主成分としてアルミナを含有する透光性アルミナが好ましい。具体的には、アルミナを９０％以上含有することが好ましく、９９％以上含有することがより好ましい。この場合、透光性支持体１４の屈折率は、例えば１．７３以上１．７７以下程度、熱膨張係数は、例えば６×１０^-6／Ｋ程度である。透光性支持体１４の結晶の平均粒径は２〜４０μｍが好ましく、さらに好ましくは５〜３０μｍである。平均粒径の測定は、例えば次のように行われる。試料の任意の箇所が光学顕微鏡によって２００倍の倍率で観察される。観察された像において、０．７ｍｍの線分上に位置する結晶数Ｎが数えられる。この場合、平均粒径は、
０．７×（４／π）／Ｎ
によって算出され得る。

すなわち、透光性支持体１４は、アルミナを主成分とする多結晶からなり、該多結晶を構成する結晶粒子径（結晶の平均粒径）が２〜４０μｍであることが好ましく、さらに好ましくは５〜３０μｍである。

透光性支持体１４の表面粗さＲａの好ましい範囲は、Ａｓ−ｆｉｒｅｄ面で０．１〜０．５μｍ、研磨加工で０．０１〜０．０４μｍである。透光性アルミナは、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるため、蛍光体単結晶１２での発熱を透光性支持体１４を介して放熱することができ、温度消光等の発生を抑制することができる。なお、透光性支持体１４の表面粗さＲａは、鏡面研磨面、Ａｓ−ｆｉｒｅｄ面、研削面等、制約はない。

透光性支持体１４は、表面と該表面と対向する裏面とを有する平板形状を有することが好ましい。平板形状としては、直方体や、円錐台、四角錐台、三角錐台、多角錐台（六角錐台、八角錐台等）等が挙げられる。

透光性支持体１４は、透光性を重視する場合は、前方透過率が３０％程度以上であることが好ましく、７０％程度以上であることがより好ましい。また、透光性に比して、透光性支持体１４の光の拡散性を重視する場合は、前方透過率が５０％程度以上であることが好ましい。ここで拡散性を、以下のように定義する。
拡散性＝１−直線透過率／前方透過率

透光性支持体１４の成形方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し法、ゲルキャスト法、粉末プレス法、インプリント法等、任意の方法であってよい。複雑な形状、あるいは厚みが大きい形状、あるいは複雑で、且つ、厚みが大きい形状に対しては、特に好ましくは、透光性支持体１４をゲルキャスト法を用いて製造する。好適な実施の形態においては、セラミック粉末、分散媒及びゲル化剤を含むスラリーを注型し、このスラリーをゲル化させることによって成形体を得、この成形体を焼結することで、透光性支持体１４を得る（特開２００１−３３５３７１号公報参照）。単純な形状、薄厚な基板に対しては、ドクターブレード法等のテープ成形方法が好ましい。

透光性支持体１４の材料として特に好ましくは、純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、１５０〜１０００ｐｐｍの助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示することができる。

前述した助剤としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が好ましいが、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）も例示することができる。

ゲルキャスト法は、以下の方法が挙げられる。

（１） 無機物粉体と共に、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプレポリマーを、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、注型後、架橋剤により三次元的に架橋してゲル化させることにより、スラリーを固化させる。

（２） 反応性官能基を有する有機分散媒とゲル化剤とを化学結合させることにより、スラリーを固化させる。この方法は、本出願人の特開２００１−３３５３７１号公報に記載されている方法である。

光学部品１０の前方透過率は、４０〜８０％が好ましい。さらに好ましくは４０〜７０％であり、特に好ましくは４０〜６０％である。これにより、光学部品１０に入射した光が該光学部品１０内で適度に散乱させることができる。その結果、ストークスロスによる歪みの低減、割れ防止、色度ムラの低減等を図ることができる。ただ、散乱が多すぎると、多重散乱による吸収ロスが無視できなくなるため、上述した範囲の前方透過率が好ましい。

蛍光体単結晶１２と透光性支持体１４とは、図１Ａに示すように、直接接合でもよいし、図１Ｂに示すように、中間層１８を介しての接合でもよい。

直接接合は、例えば、常温、真空中で、蛍光体単結晶１２の接合面１２ａ（透光性支持体１４が接合される面）と透光性支持体１４の接合面１４ａ（蛍光体単結晶１２が接合される面）にそれぞれアルゴンビームを照射し、その後に、互いに接合面１２ａ及び１４ａを接触させ、荷重をかけて接合する方法や、各接合面１２ａ及び１４ａにプラズマを照射して大気中で接合した後に、加熱する方法により行うことができる。

活性化の際のプラズマ処理で、蛍光体単結晶１２及び透光性支持体１４の温度が５００℃程度まで上がる場合があるが、元素拡散を伴わないため、常温方式の直接接合と呼ぶことができる。

なお、接合を行う前に、各接合面１２ａ及び１４ａをそれぞれ鏡面研磨しておくことが好ましい。鏡面研磨は、例えば算術平均粗さＲａが１ｎｍ以下となるように行うことが好ましい。このような鏡面研磨は、例えばコロイダルシリカを含んだスラリーやナノダイヤスラリーを用いて行うことができる。また、接合前に、０．１〜１０μｍ厚のＳｉＯ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、ＳｉＮ膜をコーティングして接合強度を向上させてもよい。接合後に１００〜５００℃の熱処理をしても接合強度を向上することができる。

他の直接接合の方法としては、物質の拡散を伴う高温方式の直接接合でもよい。通常８００℃以上の高温を要するが、平滑化の度合いが常温方式ほど厳しくないため、コストや歩留の観点で常温方式か高温方式を選択すればよい。

中間層１８を介しての接合方法としては、中間層１８としてガラス層２０を用いたガラス接合が挙げられる。例えば透光性支持体１４の表面（接合面１４ａ）にガラス層２０を成膜し、ガラス層２０上に蛍光体単結晶１２を重ね合わせる。さらに、蛍光体単結晶１２上に重石（例えば複数枚のセラミック基板を積層した積層体等）を載置した状態で、熱処理を行ってガラス層２０を溶融固化することで、蛍光体単結晶１２と透光性支持体１４とがガラス層２０を介して接合される。ガラス接合の場合、ガラス層２０は、光吸収の小さい材質を使用することが好ましい。

ガラス層２０の成膜については、印刷法、塗布法、筆塗、スプレー等で適宜行えばよい。また、ガラス層２０以外にもガラスあるいは焼成によりガラスを形成する酸化物粉末を含む、混濁液、溶液、スラリー等を適宜利用できる。

ガラス層２０は、基本的には気泡のないことが好ましいが、前方透過率を低減するために、面積比で５％以下の気泡を残留させてもよい。気泡の面積は、接合面もしくは接合断面の顕微鏡写真を画像解析することで数値化することができる。

また、ガラス層２０は、無色透明が好ましいが、光学部品１０が利用する光の波長に対する透過性が高ければ有色であっても構わない。

ガラス層２０の組成は、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂等を主成分とするものであり、特に限定されない。

ガラス層２０の軟化温度は、５００℃以上が好ましい。さらに、７００℃以上がより好ましい。これは、軟化点が低いものは、溶融温度を低下できるが、溶融温度を低下させるアルカリ金属の酸化物等を含むため、高温高湿等、腐食性の耐性が劣るためである。

なお、蛍光体単結晶１２と透光性支持体１４の各側面、あるいは接合面１２ａ及び／又は１４ａに予め各種光学ミラー膜を形成してもよい。光学ミラー膜としては、例えばＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）等の金属膜による全波長域を反射する反射膜や、誘電体膜による反射防止膜、誘電体膜による特定波長を反射するダイクロイックミラー等が挙げられる。

また、蛍光体単結晶１２の表面、すなわち、光の出射面１２ｂは、該蛍光体単結晶１２を透光性支持体１４に接合する前に鏡面加工してもよいし、接合した後に鏡面加工してもよい。

図１Ａ及び図１Ｂの例では、透光性支持体１４の裏面１４ｂを入射面としている。そのため、光学部品１０に向けて励起光１６が光源(図示せず)から出射されると、励起光１６が透光性支持体１４の裏面１４ｂ（入射面）を通じて透光性支持体１４内に入射される。そして、励起光１６は、透光性支持体１４内で拡散されて蛍光体単結晶１２に入射される。つまり、励起光１６は透光性支持体１４によって均質化されて蛍光体単結晶１２に照射される。励起光１６の一部は、蛍光体単結晶１２によって異なる波長の光（例えば黄色光）に変換される。その結果、励起光１６と波長変換後の光との両方が、蛍光体単結晶１２の表面１２ｂ（出射面）から出射され、混色光２２（例えば白色光）として出射されることになる。

もちろん、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、蛍光体単結晶１２の表面１２ｂ（接合面１２ａと対向する面）を入射面としてもよい。この場合、光学部品１０に向けて励起光１６が出射されると、励起光１６の一部が、蛍光体単結晶１２によって異なる波長の光（例えば黄色光）に変換され、透光性支持体１４にて拡散することとなる。そのまま蛍光体単結晶１２を透過した励起光１６も透光性支持体１４にて拡散することから、透光性支持体１４にて励起光１６と波長変換後の光とが出射され、透光性支持体１４の裏面１４ｂ（出射面）から混色光２２（例えば白色光）として出射されることになる。

なお、透光性支持体１４は、平板形状を有するものに限定されるものではない。透光性支持体１４は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、例えば裏面に凹凸２４（レンズ形状を含む）を有したり、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、透光性支持体１４自体が格子状を有してもよい。透光性支持体１４の凹凸２４の開口面積、個数、深さ、格子２６の開口面積、格子２６の数等によって、励起光１６と波長変換後の光との混色度合いが異なってくるため、様々な波長の光を出射させることが可能となる。また、これら透光性支持体１４の裏面の形状を制御することにより、入射する励起光１６を適宜散乱させることが可能である。

ここで、光学部品１０の２つの製造方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。

第１の製造方法は、先ず、図５のステップＳ１において、既知の方法、例えば単結晶引き上げによって、蛍光体単結晶１２のインゴットを作製する。その後、ステップＳ２において、インゴットから所定厚みの蛍光体単結晶１２を切り出す。その後、ステップＳ３において、切り出した蛍光体単結晶１２の表面１２ｂ及び裏面（接合面１２ａ）に対し、鏡面加工を施す。

一方、ステップＳ４において、上述した各種成形方法によって、透光性支持体１４を作製する。その後、ステップＳ５において、透光性支持体１４の表面（接合面１４ａ）及び裏面１４ｂに対して、鏡面加工を施す。

そして、ステップＳ６において、蛍光体単結晶１２と透光性支持体１４とを直接接合あるいは中間層１８を介して接合して接合体を作製する。その後、ステップＳ７において、接合体に熱処理を行った後、ステップＳ８において、接合体の厚さ調整を行う。この厚さ調整では、表面ポリッシュと同様の処理を行いながら調整が行われる。次いで、ステップＳ９において、接合体を洗浄することによって、本実施の形態に係る光学部品１０が完成する。なお、ステップＳ７での熱処理は、ステップＳ６で直接接合を行った場合、接合強度を高めるために行われるが、省略してもよい。ステップＳ６で中間層１８、例えばガラス層２０を介して接合を行った場合は、ステップＳ７での熱処理を省略してもよい。

次に、第２の製造方法は、図６のステップＳ１０１において、上述のステップＳ１と同様に、蛍光体単結晶１２のインゴットを作製する。その後、ステップＳ１０２において、インゴットから所定厚みの蛍光体単結晶１２を切り出す。その後、ステップＳ１０３において、切り出した蛍光体単結晶１２の厚さ調整を行う。

一方、ステップＳ１０４において、上述した各種成形方法によって、透光性支持体１４を作製する。その後、ステップＳ１０５において、透光性支持体１４の厚さ調整を行う。上述したステップＳ１０３及びステップＳ１０５での厚さ調整では、表面ポリッシュと同様の処理を行いながら調整が行われる。

そして、ステップＳ１０６において、蛍光体単結晶１２と透光性支持体１４とを直接接合あるいは中間層１８を介して接合して接合体を作製する。その後、ステップＳ１０７において、接合体に熱処理を行った後、ステップＳ１０８において、接合体に対して表面ポリッシュを行い、次いで、ステップＳ１０９において、接合体を洗浄することによって、本実施の形態に係る光学部品１０が完成する。なお、ステップＳ１０７での熱処理は、上述した第１の製造方法と同様の理由から省略してもよい。ステップＳ１０８での表面ポリッシュは、ステップＳ１０３及びＳ１０５において、厚さ調整を行っているため、省略してもよい。

次に、本実施の形態に係る光学部品１０の変形例について図７Ａ〜図９を参照しながら説明する。

第１変形例に係る光学部品１０Ａは、図７Ａに示すように、上述した実施の形態に係る光学部品１０とほぼ同様の構成を有するが、蛍光体単結晶１２の表面１２ｂに第１透光性支持体１４Ａを接合し、蛍光体単結晶１２の裏面１２ａに第２透光性支持体１４Ｂを接合している点で異なる。これにより、曲げ強度をより高めることができることから、蛍光体単結晶１２の厚みをさらに薄くすることが可能となる。

第２変形例に係る光学部品１０Ｂは、図７Ｂに示すように、光学部品１０とほぼ同様の構成を有するが、光学部品１０Ｂの複数の面のうち、蛍光体単結晶１２と透光性支持体１４との接合面１２ａ及び１４ａを除く、少なくとも１つの面に光学ミラー膜が形成されている点で異なる。図７Ｂの例では、光学部品１０Ｂの入射面（透光性支持体１４の入射面１４ｂ）と側面にそれぞれ光学ミラー膜が形成されている。

具体的には、光学部品１０Ｂは、透光性支持体１４の入射面１４ｂのうち、励起光１６の入射領域２８を除く部分に金属製の光反射膜３０が形成され、光学部品１０Ｂの側面に、樹脂製の光反射膜３２が形成されている。樹脂製の光反射膜３２は、少なくとも１つの側面に形成されてもよい。これにより、光取出し効率と色度均一性を向上させることができる。なお、最表面（蛍光体単結晶１２の出射面１２ｂ）に摩耗保護膜を形成してもよい。

第３変形例に係る光学部品１０Ｃは、図８Ａに示すように、第１変形例に係る光学部品１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、第２変形例と同様に、光学部品１０Ｃの入射面と側面にそれぞれ光学ミラー膜（例えば金属製の光反射膜３０及び樹脂製の光反射膜３２）が形成されている点で異なる。これにより、第１変形例と第２変形例の効果を得ることができる。

第４変形例に係る光学部品１０Ｄは、図８Ｂに示すように、透光性支持体１４の入射面１４ｂに凹凸２４を有し、さらに、光学部品１０Ｄの側面に光学ミラー膜（例えば樹脂製の光反射膜３２）が形成されている点で異なる。

第５変形例に係る光学部品１０Ｅは、図９に示すように、直方体の平板形状ではなく、円錐台や四角錐台等の平板状を有する点で異なる。この形状は、例えば個片化の際に、ダイサーで斜めに切断あるいはダイサーの切断刃形状を調整することで得られる。

光学部品１０Ｅにおいて、ＬＥＤもしくはＬＤ（レーザダイオード）の半導体チップ３４の実装を含めた構成では、半導体チップ３４、透光性支持体１４及び蛍光体単結晶１２の順に配置する。すなわち、半導体チップ３４の出射面に透光性支持体１４を対向させて光学部品１０Ｅを配置する。半導体チップ３４と透光性支持体１４とはシリコーン等の接着剤３６によって固定する。さらに、半導体チップ３４と光学部品１０Ｅの一部を囲むように樹脂製の光反射膜３２を形成してもよい。

光学部品１０Ｅは、側面が斜面となっていることから、光が前方（上方）に反射しやすいため、光取出し効率が高くなる。側面の傾斜角度θは垂直の側面を０°とすると１０〜６０°の範囲が好ましい。各部材の配置の順番は、上述のほか、半導体チップ３４、蛍光体単結晶１２及び透光性支持体１４の順に配置してもよい。図９では、光反射膜３２を、蛍光体単結晶１２の高さ方向ほぼ半分まで覆っているが、透光性支持体１４の露出による波長変換前の入射光漏れが無ければよいため、透光性支持体１４の接合面１４ａの縁まで覆うようにしてもよい。光反射膜３２は蛍光体単結晶１２の上面（出射面１２ｂ）の一部まで達していてもよいが、光取出し効率が低下しないよう蛍光体単結晶１２の上面（出射面１２ｂ）の１０％以下に留めることが好ましい。

また、光反射膜３２の上端位置は、透光性支持体１４の厚みの途中としてもよい。そのためには、傾斜角度θを半導体チップ３４からの入射光が透光性支持体１４の中で全反射するように、透光性支持体１４と大気との屈折率の下記関係式（１）から決まる傾斜角度θａ以上にすることが好ましい。このようにすることで、光反射膜３２が不必要に蛍光体部に接触しないようにできるので、組立が容易になる効果がある。また、このように励起光を傾斜角度を利用して透光性支持体１４の中で全反射させることで、透光性支持体１４の側面から光が漏れることが無いため、光反射膜３２の光反射作用を利用することなく、より高効率で励起光を蛍光体単結晶１２に入射させる効果がある。
ｓｉｎθａ＝（大気の屈折率)／(透光性支持体の屈折率) …（１）

［第１実施例］
比較例１、実施例１〜５について、曲げ強度を確認した。

（評価：曲げ強度）
４点曲げ強度をいい、ＪＩＳＲ１６０１（ファインセラミックスの曲げ試験方法）に基づいて室温にて測定した値をいう。

（比較例１）
厚み０．２ｍｍのＹＡＧ単結晶の曲げ強度を測定したところ、５０ＭＰａ未満であった。しかも、割れやすく、測定が困難なケースがあった。

（実施例１）
厚み０．１ｍｍのＹＡＧ単結晶に、透光性支持体１４として、厚み０．１ｍｍの透光性アルミナ基板を直接接合した光学部品を作製した。ＹＡＧ単結晶の表面（出射面）は切り出しの際に研磨加工を施しているが、透光性アルミナ基板の裏面（入射面）には研磨加工が施されていない。すなわち、Ａｓ−ｆｉｒｅｄ面となっている。この光学部品の透光性支持体１４側に引張応力が作用する方向での曲げ強度を測定したところ、５０ＭＰａ以上であった。光学部品に欠けやクラック共に生じなかった。

透光性アルミナ基板は、以下のようにして作製した。すなわち、特開２００１−３３５３７１号公報記載のゲルキャスト法にて成形を行い、純度９９．９８％、アルキメデス法による相対密度９９．５％以上、平均結晶粒径２５μｍ、外寸１００×１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの透光性アルミナ基板を得た。

具体的には、純度９９．９９％以上、ＢＥＴ表面積９〜１５ｍ²／ｇ、タップ密度０．９〜１．０ｇ／ｃｍ³の高純度アルミナ粉末に対して、５００ｐｐｍの酸化マグネシウム粉末を添加した。この原料粉末をゲルキャスト法によって成形した。この粉末１００重量部、分散媒（マロン酸ジメチル）４０重量部、ゲル化剤（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート変成物）８重量部、反応触媒（トリエチルアミン）０．３重量部、ノニオン系分散剤を混合した。

２０℃で、分散媒に前記原料粉末及び分散剤を添加して分散し、次いで、ゲル化剤を添加して分散し、最後に、反応触媒を添加することにより、スラリーを作製した。このスラリーを型内に注入し、２時間放置してゲル化させた。ゲル化した成形体を型から取り出し、６０〜１００℃で乾燥した。次いで、成形体を１１００℃で２時間脱脂し、水素雰囲気中で焼成して透光性セラミック基板を得た。

（実施例２）
厚み０．１ｍｍのＹＡＧ単結晶に、厚み０．２ｍｍの透光性アルミナ基板を直接接合した光学部品を作製した。透光性アルミナ基板の裏面（入射面）には研磨加工を施していない。この光学部品の透光性アルミナ基板側に引張応力が作用する方向での曲げ強度を測定したところ、１５０ＭＰａ以上であった。光学部品に欠けやクラック共に生じなかった。

（実施例３）
厚み０．１ｍｍのＹＡＧ単結晶に、厚み０．１ｍｍの透光性アルミナ基板を、厚み０．０５ｍｍのガラス層で接合した光学部品を作製した。透光性アルミナ基板の裏面（入射面）には研磨加工を施していない。この光学部品の透光性アルミナ基板側に引張応力が作用する方向での曲げ強度を測定したところ、５０ＭＰａ以上であった。光学部品に欠けやクラック共に生じなかった。

（実施例４）
厚み０．５ｍｍのＹＡＧ単結晶に、厚み１．０ｍｍの透光性アルミナ基板を、直接接合した後、ＹＡＧ単結晶が厚み０．１ｍｍとなるまでＹＡＧ単結晶を研磨した。次いで、透光性アルミナ基板が厚み０．１ｍｍとなるまで透光性アルミナ基板を研磨して光学部品を作製した。該光学部品の透光性アルミナ基板側に引張応力が作用する方向での曲げ強度を測定したところ、５０ＭＰａ以上であった。光学部品に欠けやクラック共に生じなかった。

（実施例５）
厚み０．５ｍｍのＹＡＧ単結晶に、厚み１．０ｍｍの透光性アルミナ基板を、厚み０．０５ｍｍのガラス層で接合した後、ＹＡＧ単結晶が厚み０．１ｍｍとなるまでＹＡＧ単結晶を研磨した。次いで、透光性アルミナ基板が厚み０．１ｍｍとなるまで透光性アルミナ基板を研磨して光学部品を作製した。該光学部品の透光性アルミナ基板側に引張応力が作用する方向で曲げ強度を測定したところ、５０ＭＰａ以上であった。光学部品に欠けやクラック共に生じなかった。

［第２実施例］
上述した実施例１〜５について、前方透過率を測定した。

（評価：前方透過率）
前方透過率は、入射口を有する積分球と検出器とを有する分光光度計（日立ハイテク製、Ｕ−４１００）を用いて測定した。

光源から波長４５０ｎｍの単色光を積分球の入射口に固定した測定試料の表面に入射させ、測定試料を通過して背面側から積分球内に向かって放射される放射光を検出器によって測定した。

前方透過率は、測定試料を通過する可視光を積分球で集光したときの光強度（Ｉ）と、測定試料を固定せずに測定したときの光強度（Ｉ₀）の比率（＝Ｉ／Ｉ₀）より算出した。

（評価結果）
前方透過率は高い順から実施例４（８０％）、実施例５（７０％）、実施例１（６０％）、実施例３（５０％）、実施例２（４０％）であった。

実施例４は、ＹＡＧ単結晶と透光性アルミナ基板との接合面にガラス層がなく、透光性アルミナ基板の裏面（入射面）に研磨加工が施されているため、最も高かったものと考えられる。

実施例５は、実施例４と異なり、ＹＡＧ単結晶と透光性アルミナ基板との接合界面にガラス層を有するため、実施例４よりも低くなったものと考えられる。

実施例１は、実施例４と同様にガラス層はないが、透光性アルミナ基板の裏面がＡｓ−ｆｉｒｅｄ面であったことから、６０％に低下したものと考えられる。

実施例３は、実施例１と同様に、透光性アルミナ基板の裏面がＡｓ−ｆｉｒｅｄ面であるが、接合面にガラス層が存在するため、５０％に低下したものと考えられる。

実施例２は、実施例１と同様に、透光性アルミナ基板の裏面がＡｓ−ｆｉｒｅｄ面であって、ガラス層も存在しないが、透光性アルミナ基板が肉厚であるため、４０％に低下したものと考えられる。

［第３実施例］
比較例１、実施例１〜５について、青色レーザビームの照射試験を行った。

（青色レーザビームの第１照射試験）
第１照射試験は、波長４５０ｎｍ、２Ｗのレーザユニットを用いて、スポット径が０．３ｍｍのレーザビームを比較例１及び実施例１〜５に対して垂直に入射して実験を行った。

その結果、比較例１は割れが生じたが、実施例１〜５には割れは生じなかった。

（青色レーザビームの第２照射試験）
第２照射試験は、波長４５０ｎｍ、１Ｗのレーザユニットを用いて、スポット径が０．３ｍｍのレーザビームを比較例１及び実施例１〜５に対して垂直に入射して実験を行った。

具体的には、比較例１では、レーザビームをＹＡＧ単結晶の裏面（入射面）に対して垂直に入射し、ＹＡＧ単結晶の表面（出射面）から垂直方向に出射される光の色度と、４５°方向に出射される光の色度を測定した。

実施例１〜５に係る光学部品では、透光性アルミナ基板の裏面（入射面）のうち、レーザビームの照射領域（直径０．５ｍｍの円）を除く領域に金属Ａｌ（アルミニウム）膜を蒸着で形成し、光学部品の側面に白色シリコーン樹脂による反射膜を形成した。そして、比較例１と同様に、レーザビームを透光性アルミナ基板の裏面（入射面）に対して垂直に入射し、ＹＡＧ単結晶の表面（出射面）から垂直方向に出射される光の色度と、４５°方向に出射される光の色度を測定した。評価結果を下記表１に示す。

この第２照射試験では、比較例１、実施例１〜５共に割れは生じなかった。ただ、比較例１は、垂直方向の色度を測定することができたが、４５°方向の色度は測定できなかった。

なお、本発明に係る光学部品は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１０Ａ〜１０Ｅ…光学部品 １２…蛍光体単結晶
１２ａ…接合面（蛍光体単結晶：裏面）
１２ｂ…表面（出射面又は入射面）
１４…透光性支持体
１４ａ…接合面（透光性支持体：表面）
１４ｂ…裏面（入射面又は出射面）
１６…励起光 １８…中間層
２０…ガラス層 ２２…混色光
２４…凹凸 ２６…格子
２８…入射領域 ３０…光反射膜（金属製）
３２…光反射膜（樹脂製） ３４…半導体チップ
３６…接着剤

Claims (12)

1. 蛍光体単結晶と、
   複数の面を有する透光性支持体とを有し、
   前記透光性支持体の少なくとも１つの面に前記蛍光体単結晶が接合されて構成されていることを特徴とする光学部品。
2. 請求項１記載の光学部品において、
   前記蛍光体単結晶はＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）単結晶であり、
   前記蛍光体単結晶の厚みが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする光学部品。
3. 請求項１又は２記載の光学部品において、
   曲げ強度が５０ＭＰａ以上であることを特徴とする光学部品。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部品において、
   前方透過率が４０〜８０％であることを特徴とする光学部品。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品において、
   前記透光性支持体の前記複数の面のうち、前記蛍光体単結晶との接合面を除く、少なくとも１つの面に光学ミラー膜が形成されていることを特徴とする光学部品。
6. 請求項５記載の光学部品において、
   前記透光性支持体の前記接合面と対向する面が光の入射面であり、
   前記入射面のうち、前記光の入射領域を除く部分に前記光学ミラー膜が形成されていることを特徴とする光学部品。
7. 請求項５記載の光学部品において、
   前記透光性支持体の前記接合面と対向する面が光の出射面であることを特徴とする光学部品。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の光学部品において、
   前記透光性支持体は、前記接合面のほかに、複数の側面を有し、
   前記光学ミラー膜は、少なくとも１つの側面に形成されていることを特徴とする光学部品。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学部品において、
   前記透光性支持体に前記蛍光体単結晶とが直接接合されていることを特徴とする光学部品。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学部品において、
    前記透光性支持体に前記蛍光体単結晶とが中間層を介して接合されていることを特徴とする光学部品。
11. 請求項１０記載の光学部品において、
    前記中間層がガラス層であることを特徴とする光学部品。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学部品において、
    前記透光性支持体は、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とする多結晶からなり、
    前記多結晶を構成する結晶粒子径が２〜４０μｍであることを特徴とする光学部品。

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